食品生物化学第7章糖类代谢.ppt

第七章 糖类代谢,一糖类的消化吸收 二 糖的无氧分解 三 糖的有氧氧化 四 磷酸戊糖途径 五 乙醛酸循环 六 糖异生作用 七 糖原的分解与合成,1、糖类的消化, 人类能消化和吸收的糖 膳食纤维,一、 糖类的消化和吸收, 人类能消化和吸收的糖,单糖可被人体直接吸收。 低聚糖和多糖人体必须水解成单糖，才能被吸收。 例如： 蔗糖在小肠中被转化酶水解成葡萄糖和果糖。 乳糖被小肠的乳糖酶水解为D-葡萄糖和D-半乳糖。 淀粉和糖原受唾液淀粉酶和胰-淀粉酶水解产生碎片、胰-淀粉酶水解成麦芽糖，再在肠腔中由麦芽糖酶水解成D-葡萄糖。, 膳食纤维,人体不可消化的多糖如纤维素、半纤维素和果胶等称为膳食纤维。 膳食纤维不能被胃肠道消化酶水解，只被胃酸轻微地水解，因此，它们进入大肠时基本没有变化。 膳食纤维能产生许多有益的作用，其中： 增强胃肠道功能，促进肠壁蠕动、提高肠的运动速度、较快排出代谢废物，以免导致发炎和癌变； 降低血中胆固醇含量，防止动脉粥样硬化。,2、糖类的吸收,糖类被消化为单糖后，在小肠中被黏膜细胞吸收，再经门静脉进入肝脏，其中一部分转变为肝糖原，其余则经肝静脉进入血液循环，运输至全身各组织器官进行代谢。 小肠黏膜细胞对葡萄糖的摄入是一个依赖于特定载体转运的、主动的耗能过程。 D-葡萄糖吸收速度快，可达9.979 Kg/天。 D-半乳糖吸收亦较快，其它糖吸收较慢，戊糖慢于己糖。,二、糖的无氧分解,1 葡萄糖进入细胞后的代谢过程 2 糖酵解含义 3 糖酵解过程的概括图 4 糖酵解的十步酶催化反应 5 丙酮酸的去路 6 糖酵解的能量变化 7 糖酵解的调节,1、葡萄糖进入细胞后的代谢过程,葡萄糖进入细胞后，在一系列酶的催化下，发生分解代谢过程。葡萄糖的分解代谢分两步进行。 糖酵解：葡萄糖丙酮酸，此反应过程一般在无氧条件下进行，又称为无氧分解。 三羧酸循环：丙酮酸CO2+H2O，此氧化过程是通过最开始形成柠檬酸（三元羧酸）的循环反应来完成的，通常称为三羧酸循环或柠檬酸循环。由于分子氧是此系列反应的最终受氢体，所以又称为有氧分解。, 含义,糖酵解是指在细胞胞液中（无氧条件）葡萄糖经过一系列酶催化作用降解成丙酮酸，并伴随着生成ATP的过程。 糖酵解是动物、植物和微生物细胞中葡萄糖分解的共同代谢途径。 糖酵解过程于1940年最终阐明，在这项研究中，贡献最大的是三位生物化学家G.Embden, O.Meyerhof, J.K.Parnas等，故糖酵解途径又称为EMP途径。,2、糖酵解含义, 糖酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏,三羧酸循环在线粒体中进行。 在有氧条件下，糖酵解生成的丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环被氧化成二氧化碳和水。 糖酵解（和三羧酸循环）过程中产生的NADH，则经呼吸链氧化产生ATP和H2O。 所以，糖酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏。但如果供氧不足，则糖酵解产生的NADH不进入呼吸链，而是把丙酮酸还原成乳酸，或丙酮酸脱羧后还原成乙醇。,3 糖酵解过程的概括, 糖酵解过程概括图 十个反应和两个阶段, 糖酵解过程概括图, 十个反应和两个阶段,糖酵解途径涉及十个酶催化反应，途径中的酶都位于细胞质中，一分子葡萄糖通过该途径被转换成两分子丙酮酸。糖酵解十个反应可以分为己糖和丙糖两个阶段。 己糖阶段从葡萄糖到1,6-二磷酸果糖。 丙糖阶段从1,6-二磷酸果糖裂解转换为丙糖开始，最终转化为丙酮酸。,4、糖酵解的十步酶催化反应, 葡萄糖的磷酸化 6-磷酸果糖的生成 6-磷酸果糖的磷酸化 1,6-二磷酸果糖的裂解 磷酸丙糖的异构化 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸和ATP的生成 3-磷酸甘油酸转换为2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸的生成 丙酮酸的生成,(1)葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,（一）葡萄糖分解成丙酮酸,哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为至型。肝细胞中存在的是型，称为葡萄糖激酶。 葡萄糖磷酸化是葡萄糖活化的一种形式,有利于它进一步参加合成和分解代谢；使进入细胞的葡萄糖不再逸出胞外。,(2) 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,己糖异构酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,(3) 6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,(4) 磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,醛缩酶,(5) 磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,(6) 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,Pi、NAD+ NADH+H+,3-磷酸甘油醛脱氢酶,3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸 甘油酸,此酶含巯基，碘乙酸可强烈抑制其活性,糖酵解中唯一的脱氢反应,(7) 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,ADP ATP,磷酸甘油酸激酶,在上述反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化。,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,这是糖酵解中第一次 底物水平磷酸化反应,(9) 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,(9) 2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,+ H2O,磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP),氟化物能与Mg2+络合而抑制此酶活性,Mg2+或Mn2+,(10)磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸， 并通过底物水平磷酸化生成ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,糖酵解小结, 反应部位：胞浆 糖酵解是一个不需氧的产能过程 反应全过程中有三步不可逆的反应,（4）产能的方式和数量 方式：底物水平磷酸化 净生成ATP数量：从G开始 222= 2ATP,二、糖酵解的调节,关键酶,调节方式,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,除葡萄糖外，其它己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径。,三、糖酵解的生理意义,1.在无氧条件下迅速提供能量,供机体需要。,如:剧烈运动、人到高原,2.是某些细胞在不缺氧条件下的能量来源。,3.是某些病理情况下机体获得能量的方式。,4.是糖的有氧氧化的前过程，亦是糖异生作用 大部分逆过程。,6.若糖酵解过度，可因乳酸生成过多而导致乳酸 酸中毒。,5.糖酵解也是糖、脂肪和氨基酸代谢相联系的途径。,肌肉收缩与糖酵解供能：,初到高原与糖酵解供能：,人初到高原，高原大气 压低，易缺氧,机体加强糖酵解以适应高原缺氧环境,海拔 5000米,背景：,结论：,某些组织细胞与糖酵解供能：,代谢极为活跃，即使不缺氧,也常由糖酵解提供部分能 量。,成熟红细胞：,视网膜、神经、白细胞、骨 髓、肿瘤细胞等:,无线粒体，无法通过氧化磷酸化获得能量，只能通过糖酵解获得能量。,某些病理状态 与糖酵解供能：,某些病理情况下机体主要通过糖酵解获得能量.,C 丙酮酸去路,有氧时形成乙酰辅酶A进入三羧酸循环。 无氧时，（1）形成乳酸（大多数细胞如肌肉细胞）；（2）形成乙醇（酵母细胞）。,无氧时，丙酮酸转变成乳酸或乙醇,反应中的NADH+H+ 来自3-磷酸甘油醛脱氢反应。,乳酸,COOH,C=O,CH3,COOH,CHOH,CH3,COOH,CHOH,CH3,丙酮酸,A、乳酸脱氢酶,绝大多数生物可以通过乳酸脱氢酶催化的可逆反应使丙酮酸还原为乳酸。 一旦形成乳酸，乳酸除了重新转换成丙酮酸之外，再没有其它代谢途径了，因此乳酸是代谢的死胡同。,（1）转化为乳酸,B、NADH被氧化成NAD+,由于形成乳酸的同时，可以使NADH氧化成NAD+，这样酵解途径就完整了。,C、葡萄糖降解为乳酸的总反应,葡萄糖2ADP2H3PO4 2乳酸2ATP2H2O 乳酸发酵可用于生产奶酪、酸奶、食用泡菜及青贮饲料等。,（2）转化为乙醇,A、丙酮酸转化为乙醇涉及两步反应 B、一分子葡萄糖经酵解和丙酮酸转化为乙醇的总反应式,A 丙酮酸转化为乙醇涉及两步反应,首先，在丙酮酸脱羧酶催化下，丙酮酸脱羧生成乙醛。 然后，乙醛在醇脱氢酶催化下还原为乙醇的同时，NADH被氧化为NAD+。（在有氧条件下乙醛可被氧化生成乙酸。）,B 一分子葡萄糖经酵解和丙酮酸转化为乙醇的总反应式,葡萄糖2ADP2H3PO4 2乙醇 2CO2 + 2ATP+ 2H2O 这一反应在酿造啤酒和制造面包时起着重要的作用。 在啤酒厂，当丙酮酸被转换成乙醇时，产生的许多CO2 气体，被灌装于啤酒中产生气泡。 在烤面包时，CO2 能使生面团膨胀。,6、糖酵解的能量变化, 葡萄糖经酵解产生ATP、NADH和丙酮酸 从葡萄糖到丙酮酸的酵解过程的总反应 NADH也可产生ATP, 葡萄糖经酵解产生ATP、NADH和丙酮酸,由一分子葡萄糖转变为1,6二磷酸果糖消耗2分子ATP，丙糖阶段每个三碳单位产生2个ATP，共产生4个ATP，故每个葡萄糖分子净生成2个ATP，同时生成2分子NADH和2分子丙酮酸。, 从葡萄糖到丙酮酸的酵解过程的总反应,C6H12O62ADP2Pi2NAD+ 2CH3COCOOH2ATP2NADH2H+H2O, NADH也可产生ATP,在无氧的情况下，生成的NADH通过转变为乳酸或乙醇，使NAD+再生，从而使酵解反应不断进行。 而在有氧的条件下，生成的2分子NADH可通过穿梭作用进入线粒体，产生4或6分子ATP。 有氧条件下的丙酮酸转化为乙酰辅酶A后进入三羧酸循环产生更多的能量（30分子ATP）。,7糖酵解的调节,糖酵解中大多数反应是可逆的，而由己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的3步反应是不可逆的，它们调节着糖酵解的速度，以满足细胞对ATP和合成原料的需要。,糖的有氧氧化指在机体氧供应充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。,* 部位：胞液及线粒体,* 概念,第三节 糖的有氧氧化(三羧酸循环),有氧氧化的反应过程,第一阶段：酵解途径,第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧,第三阶段：三羧酸循环,G（Gn）,第四阶段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TCA循环,胞液,线粒体,一、丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧为乙酰CoA 。,丙酮酸+辅酶A+NAD+ 乙酰CoA+CO2+NADH+H+,丙酮酸脱羧酶TPP(焦磷酸硫胺素)、Mg2+ 二氢硫辛酸乙酰基转移酶(硫辛酸、辅酶A) 二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+),3种酶：,6种辅助因子：,TPP、 Mg2+、硫辛酸、辅酶A、FAD、NAD+,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,丙酮酸脱氢酶复合体,NAD+ +H+,丙酮酸脱羧酶,FAD,硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,CO2,乙酰硫辛酸,二氢硫辛酸,NADH+ +H+,TPP,硫辛酸,CoASH,NAD+,丙酮酸+ CoA-SH+ NAD+ 乙酰CoA + CO2 + NADH+H+,二、三羧酸循环,三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)成为TCA循环，也称为柠檬酸循环，这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环，它由一连串反应组成。,所有的反应均在线粒体中进行。,* 概述,* 反应部位,TCA循环第一阶段：柠檬酸生成,草酰乙酸,C-CH3,S-COA,O,CH2,COO-,HO-C-COO-,COO-,CH2,柠檬酸合酶,+,H2O,COA,单向不可逆 可调控的限速步骤 氟乙酰CoA导致循环终止 常作为杀虫药,三羧酸,柠檬酸的生成（柠檬酸合酶）,HO- CH,COO-,CH-COO-,COO-,CH2,柠檬酸异构化成异柠檬酸（顺乌头酸酶）,H2O,H2O,顺乌头酸,在pH 7.0，250C的平衡态时，柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90: 4: 6,柠檬酸,异柠檬酸,TCA循环第二阶段：氧化脱羧,异柠檬酸脱氢酶,CoASH、 酮戊二酸脱氢酶复合体、Mg2+、TPP,琥珀酰CoA合成酶,Mg2+,在哺乳动物生成GTP ，在植物体中生成ATP 。,TCA循环第三阶段：草酰乙酸再生,草酰乙酸,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,琥珀酸脱氢生成延胡索酸,+FAD,+FADH2,丙二酸为该酶的竞争性抑制剂 开始四碳酸之间的转变,琥珀酸脱氢酶,HC,COOH CH2 COOH,嵌入线粒体内膜 呼吸链组分,柠檬 酸,草酰乙酸,H2O,琥珀酰CoA,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,CO2,三羧酸循环,FAD,ATP,GTP是在哺乳动物，ATP在植物体中。,乙酰CoA彻底氧化三羧酸循环,柠檬酸的生成阶段,草酰乙酸 再生阶段,氧化脱 羧阶段,乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+ 1、乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个C原子进入循环。以后有两个C原子以CO2的形式离开循环，相当于乙酰CoA的2个C原子形成CO2。 2、在循环中有4对H原子通过4步氧化反应脱下，其中3对用以还原NAD+生成3个NADH+H+，1对用以还原FAD，生成1个FADH2。 3、由琥珀酰CoA形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成1个GTP 。 4、循环中消耗两分子水。 5、单向进行。 6、整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。,循环特点：,三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环， 消耗一分子乙酰CoA， 经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。 生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP。 关键酶有：柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶,整个循环反应为不可逆反应,三羧酸循环反应循环一次的产物和产生的ATP数目,三羧酸循环每循环一次，以二碳的乙酰CoA和四碳的草酰乙酸合成六碳的柠檬酸开始，经过2次脱羧，生成2分子的CO2 ，产生3 分子NADH，及1 分子FADH2。 每分子NADH通过氧化磷酸化途径生成3分子ATP，而1分子FADH2则生成2分子ATP。 当琥珀酰CoA转变为琥珀酸时，经底物磷酸化直接合成1分子GTP。 因此，1分子乙酰CoA通过三羧酸循环氧化产生12分子ATP。,三羧酸循环每循环一次的总反应式,CH3CO-CoA3NAD+FADGDPPi2H2O 2CO2 3NADH3H+FADH2GTPCoASH,葡萄糖分解代谢产生ATP统计,糖酵解在胞液中进行，产生1,3-二磷酸甘油酸的同时伴生NADH，NADH只有进入线粒体内的呼吸链氧化才能产生ATP，其进出线粒体的方式有两种：苹果酸穿梭途径与-磷酸甘油穿梭途径。 1分子NADH经过苹果酸穿梭途径产生3分子ATP；经-磷酸甘油穿梭途径可产生2分子ATP。,有氧氧化的生理意义,糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。,简言之，即“供能”,草酰乙酸是三羧酸循环中第一个接受乙酰辅酶A生成柠檬酸的重要化合物。 表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利用。但是，许多因素会不断消耗草酰乙酸，而影响三羧酸循环的运转。,三、三羧酸循环的回补反应, 机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TCA循环中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。,例如：, 机体糖供应不足时，可能引起TCA循环运转障碍，这时苹果酸、草酰乙酸可脱羧生成丙酮酸，再进一步生成乙酰CoA进入TCA循环氧化分解。,* 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。,其来源如下：,以上又称TCA循环回补反应,四、有氧氧化的调节,关键酶, 酵解途径： 己糖激酶 丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶-1, 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体, 三羧酸循环：柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 异柠檬酸脱氢酶,1. 丙酮酸脱氢酶复合体, 别构调节,丙酮酸+辅酶A+NAD+ 乙酰CoA+CO2+NADH+H+, 共价修饰调节,异柠檬酸 脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸 脱氢酶复合体,柠檬酸,Ca2+, ATP、ADP的影响, 产物堆积引起抑制, 循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶, 其他，如Ca2+可激活许多酶,2. 三羧酸循环的调节,有氧氧化的调节特点, 有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。 ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。 氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。 三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。,体内ATP浓度是AMP的50倍，经上述反应后，ATP/AMP变动比ATP变动大，有信号放大作用，从而发挥有效的调节作用。,ATP/ADP或ATP/AMP比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化。 ATP/AMP效果更显著。,* 另外,五、巴斯德效应,* 概念,巴斯德效应(Pastuer effect)指有氧氧化抑制糖酵解的现象。,反巴斯德作用,反巴斯德作用： 一些组织细胞给予葡萄糖时，无论供氧充足与否，均呈现很强的酵解反应，而糖的有氧氧化受抑制，这种作用称为反Pasteur作用。 实验现象： 在癌细胞中有反巴斯德现象，后发现某些正常组织细胞(如视网膜、小肠粘膜、颗粒性白细胞、肾髓质、成熟红细胞等)亦有此现象。 解释： 此类细胞糖酵解酶系较强，而线粒体中某些氧化酶系如细胞色素氧化酶活性较低，争夺氧化磷酸化底物处劣势。,六、三羧酸循环的生物学意义 与糖酵解构成糖的有氧代谢途径，为机体提供大量的能量。 TCA循环是糖、脂类、蛋白质代谢联络的枢纽。 为呼吸链提供H+ + e。 为其它物质合成提供碳架。,TCA循环,中间产物,脂肪酸、氨基酸,合成代谢,分解代谢产物,CO2+H2O+能量,TCA循环既是物质分解代谢的组成部分，亦是物质合成的重要步骤，为其他生物合成提供原料。,糖代谢小结,丙酮酸,第 四 节 磷酸戊糖途径,* 概念,磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，磷酸戊糖再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。,* 细胞定位：胞 液,第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,一、磷酸戊糖途径的反应过程,* 反应过程可分为二个阶段,第二阶段：非氧化反应 包括一系列基团转移。,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,6-P葡萄 糖脱氢酶,6-P葡萄糖 酸内酯酶,6-P葡萄糖 酸脱氢酶,H20,NADP+,NADPH +H+,NADP+,NADPH +H+,CO2,6-P葡萄糖酸内酯,6-P葡萄糖酸,5-P-核酮糖,6-P葡萄糖,（一）葡萄糖的氧化脱羧阶段 6-P葡萄糖+NADP+ 6-P葡萄糖酸内酯+ NADPH+H+ b. 6-P葡萄糖酸内酯 6-P葡萄糖酸（容易进行） c.6-P葡萄糖酸+NADP+ 5-P核酮糖+CO2+NADPH+H+ 本阶段总反应： 6-P葡萄糖+2NADP+H2O 5-P-核酮糖+CO2+2NADPH+2H+,6-P葡萄糖脱氢酶,6-P葡萄糖酸内酯酶,6-P葡萄糖酸脱氢酶,H20,催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。 两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH + H+。 反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,每6分子6-磷酸葡萄糖同时参与反应，在一系列反应中，通过3C、4C、6C、7C等演变阶段，最终生成3-磷酸甘油醛、6-磷酸果糖。,3-磷酸甘油醛、6-磷酸果糖可进入酵解途径。,第二阶段：非氧化反应（基团转移反应）,转酮酶与转醛酶：,转酮酶就是催化含有一个酮基、一个醇基的二碳基团转移的酶。其接受体是醛，辅酶是TPP。,转醛酶是催化含有一个酮基、二个醇基的三碳基团转移的酶。其接受体是亦是醛，但不需要TPP。,磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段,阶段之一,阶段之二,阶段之三,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一 （5-磷酸核酮糖异构化）,差向异构酶,异构酶,5-磷酸木酮糖,5-磷酸核糖,5-磷酸核酮糖,磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二（基团转移）,+,2,4-磷酸赤藓糖,+,2,5-磷酸核糖,2,3-磷酸甘油醛,转酮酶,转醛酶,2,6-磷酸果糖,+,7-磷酸景天庚酮糖,2,5-磷酸木酮糖,基团转移（续前）,+,转酮酶,1,6-二 磷酸果糖,6-磷酸果糖,醛缩酶,二磷酸果糖酯酶,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三 （3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）,异构酶,总反应式,66-磷酸葡萄糖 + 12 NADP+,56-磷酸果糖 + 12NADPH+H+ + 6CO2,磷酸戊糖途径的特点,6分子G-6-P经过反应，发生一次脱羧和二次脱氢反应，生成6分子CO2和12分子NADPH+H+。 反应过程中进行了一系列酮基和醛基转移反应，经过了3、4、5、6、7碳糖的演变过程。 反应中生成了重要的中间代谢物5-磷酸核糖。 6-磷酸葡萄糖脱氢酶是反应的限速酶,二、磷酸戊糖途径的调节,* 6-磷酸葡萄糖脱氢酶,此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。,此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈抑制作用。,三、磷酸戊糖途径的意义 1、产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原剂（力），比如参与脂肪酸和固醇类物质的合成。 2、与糖的有氧氧化和无氧分解关系密切，如：3-磷酸甘油醛密切联系三种代谢。 3、该途径的中间产物为许多物质的合成提供原料，如： 5-P-核糖 核苷酸 4-P-赤藓糖 芳香族氨基酸 4、非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与光合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相同，因而磷酸戊糖途径可与光合作用联系起来，并实现某些单糖间的互变。,5-P-核糖的唯一来源就是PPP途径。PPP途径有无氧均可以进行。,小 结,+CO2,第五节 乙醛酸途径,只存在于植物和微生物体中，TCA循环的辅助途径。 使2分子乙酰CoA转变成1分子草酰乙酸。 2乙酰-CoA + 2NAD+ + FAD 草酰乙酸+2CoASH+2NADH+ FADH2+2H+,第 六 节 糖异生作用,一、糖异生途径,* 定义,* 过程,酵解途径中有3个由关键酶催化的不可逆反应。在糖异生时，须由另外的反应和酶代替。,糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的；,糖异生途径(gluconeogenic pathway)是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。 非糖物质：丙酮酸、草酰乙酸、乳酸等。,主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体进行,糖异生研究中最直接的证据来自动物实验：大鼠禁食24小时，肝中糖原从7%-1%，若喂乳酸、丙酮酸等非糖物质使糖原的量会增加。,1、克服糖酵解的三步不可逆反应。 2、糖酵解在细胞液中进行，糖异生则分别在线粒体和细胞液中进行。,糖异生途径的大部分反应与糖酵解的逆反应相同，但有两方面不同：,糖异生的途径,1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),丙酮酸,草酰乙酸,PEP, 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体）, 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、胞液）,丙酮酸,PEP,线粒体,胞液,草酰乙酸转运出线粒体,2、1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖,3、6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,非糖物质进入糖异生的途径,（1）糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物,（2）上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原,二、糖异生的调节,激素的调节,原料供应的影响,饥饿,剧烈运动,磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间,PEP,丙 酮 酸,ATP,ADP,丙酮酸激酶,乙 酰 CoA,草酰乙酸,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,ATP,ADP,6-磷酸果糖激酶-1,Pi,果糖双磷 酸酶-1,2,6-二磷酸果糖,AMP,6-磷酸果糖与1,6-二磷酸果糖之间,糖异生作用,糖酵解,糖异生主要途径和关键反应,非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下,绕过糖酵解途径的三个不可逆反应,利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生。,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,2磷酸烯醇丙酮酸,2丙酮酸,葡萄糖,己糖激酶,果糖激酶,二磷酸果糖磷酸酯酶,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶,6-磷酸葡萄糖,2草酰乙酸,PEP羧激酶,糖异生途径关键反应之一,+ H2O,+Pi,6-磷酸葡萄糖酯酶,6-磷酸葡萄糖,H,葡萄糖,糖异生途径关键反应之二,糖异生途径关键反应之三,糖异生与糖酵解作用的相互调节 （能荷、物质代谢、激素水平）：,1、磷酸果糖激酶（PFK）和果糖-1、6-二磷酸酶 的调节： 当AMP水平高时，表明需要ATP， PFK激活，增加糖酵解，由于果糖-1、6-二磷酸酶受抑制，则糖异生关闭。当ATP和柠檬酸水平高时， PFK受抑制，降低糖酵解的速率，柠檬酸增加果糖-1、6-二磷酸酶活性，从而增加糖异生速率。 当饥饿时，由于血糖水平低，胰高血糖素释放，引起cAMP的级联作用，使酶蛋白磷酸化，活化了抑制磷酸果糖激酶2，减低了6-BP；当进食时，血糖水平较高，激素胰岛素释放，使F-2、6-BP增加，激活PFK，加速酵解；同时F-2、6-BP的增加抑制果糖-1、6-二磷酸酶活性，使糖异生作用受抑制。,2、丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶的调节： 高水平的ATP和Ala抑制丙酮酸激酶，从而抑制糖酵解；由于该情况下乙酰CoA亦是充裕的，则活化丙酮酸羧化酶，有助于糖异生的进行。反之，在细胞供能状态较低时，ADP水平较高，则抑制丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶，关闭糖异生作用。 当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起cAMP的级联作用，使丙酮酸激酶发生磷酸化，从而失去活性，抑制糖酵解。,糖异生与糖酵解作用的紧密相互调节防止了二者共同进行时的无效循环。,三、糖异生途径的意义,1、动物在饥饿、剧烈运动时糖原下降，可将生糖氨基酸及糖酵解产生的乳酸异生为糖,以维持血糖水平。 2、油料种子萌发时，胚乳里储存的脂肪降解,糖异生与血糖浓度：,红细胞、骨髓,肾髓质、神经,视 网 膜,消耗100-150g葡萄糖/天,消耗40g 葡萄糖/天,人体储存的可供全身利用的糖仅150g左右 （不到12小时全部耗尽）,正常情况下 血糖浓度： 4.56.7mmo/L,禁食数周时 血糖浓度： 3.9mmo/L,在饥饿情况下糖异生对保证血糖浓度的相对恒定具有重要的意义,大脑,糖异生与糖原贮备：,糖异生是肝补充或恢复糖原储备的重要途径。,动物从饥饿后摄食数小时后，糖的分解代谢应加速而糖异生途径应被抑制，但此时肝内仍保持较高的糖异生活性达23小时，以参与糖原的合成。只有在肝内有一定量的糖原后，摄入的葡萄糖才分解供能，或提供乙酰CoA。,第七节 糖原的分解与合成,1糖原的分解代谢 2糖原的合成代谢,糖原,还原末端,非还原末端,-1，4糖苷键,-1，6糖苷键,1、糖原的分解代谢, 糖原磷酸化酶 磷酸葡萄糖变位酶 6-磷酸葡萄糖酯酶 糖原脱支酶, 糖原磷酸化酶,糖原分解首先在糖原磷酸化酶作用下，从糖原分子的非还原端断裂-1,4糖苷键，生成1-磷酸葡萄糖和比原来少一个葡萄糖残基的糖原。,磷酸化酶不能作用于糖原分子支链的-1,6糖苷键。 糖原磷酸化酶有磷酸化的磷酸化酶a和去磷酸化酶b两种，磷酸化酶a才具有活性。 两种形式的相互转换在调节糖原降解作用中起着重要的作用。 糖原磷酸化酶是糖原分解代谢途径的调节酶，其活性决定糖原分解的速率。, 磷酸葡萄糖变位酶,产生的1-磷酸葡萄糖被磷酸葡萄糖变位酶转化为6-磷酸葡萄糖。, 6-磷酸葡萄糖酯酶,6-磷酸葡萄糖的转变取决于机体组织器官。 肝脏中含有6-磷酸葡萄糖酯酶，它把6-磷酸葡萄糖转变为葡萄糖，葡萄糖扩散到血液以维持血糖的浓度。 而肌肉中不含有6-磷酸葡萄糖酯酶，因此肌糖原不能分解成葡萄糖，生成的6-磷酸葡萄糖只能进入糖酵解产生能量，, 糖原脱支酶,当糖原分子末端的-1,4糖苷键受糖原磷酸化酶分解而剩下4个葡萄糖残基后，就不再受磷酸化酶的作用。 糖原脱支酶可以将一个分支结构的糖原转化成线性的直链结构，再由磷酸化酶继续分解。,脱支酶的作用,转移葡萄糖残基 水解-1,6-糖苷键,转移酶活性,糖原脱支酶具有两种功能： 一是葡聚糖转移酶的功能，将距离分支点的3个葡萄糖转移到临近糖链的末端，仍以-1,4糖苷键相连接，分支处只留下1个葡萄糖以-1,6糖苷键相连。 二是具有-1,6葡萄糖苷酶的活性，水解-1,6葡萄糖苷键而使最后留下的那个葡萄糖单位形成游离的葡萄糖。,糖原分解图,2、糖原的合成代谢,糖原合成过程包括5个步骤 葡萄糖6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖 UDPG-1,4葡聚糖糖原 6-磷酸葡萄糖的生成 1-磷酸葡萄糖的生成 二磷酸尿苷葡萄糖的生成 -1,4葡聚糖的形成 糖原的生成,1、主要部位：肝脏，肌肉。 2、过程：,葡萄糖 + ATP,己糖激酶,葡萄糖激酶（肝）,6-磷酸G + ADP,6-磷酸G,变位酶,1-磷酸G,1-磷酸G + UTP,UDPG焦磷酸化酶,UDPG + PPi（焦磷酸）,UDPG + 糖元（Gn）,糖原合酶,UDP + 糖原（Gn+1）,当链长度达到1218个葡萄糖残基时，分枝酶就将链长约为7个葡萄糖残基的糖链移至邻近的糖链上，并以1,6-糖苷键进行连接，从而形成糖原分子的分枝。,一、糖原的合成, 6-磷酸葡萄糖的生成,在葡萄糖激酶的催化下，葡萄糖与三磷酸腺苷（ATP）反应，生成6-磷酸葡萄糖及二磷酸腺苷（ADP）。 反应不可逆。, 1-磷酸葡萄糖的生成,6-磷酸葡萄糖在磷酸葡萄糖变位酶的催化下，转变为1-磷酸葡萄糖，镁离子为此酶的辅助因子。 反应可逆。,二磷酸尿苷葡萄糖的生成,1-磷酸葡萄糖与三磷酸尿苷（UTP），在尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化